Question

研究碳及其化合物的綜合利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義。請運用相關知識研究碳及其化合物的性質。
（1）近年來，我國儲氫納米碳管研究取得重大進展，用電弧法合成的碳納米管中常伴有大量碳納米顆粒（雜質），這種碳納米顆�？捎醚趸瘹饣�法提純，其反應的化學方程式為：______C＋________K₂Cr₂O₇＋________——________CO₂↑＋________K₂SO₄＋________Cr₂（SO₄）₃＋________H₂O。
①完成并配平上述化學方程式。
②在上述化學方程式上標出該反應電子轉移的方向與數目。
（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO。
①750℃時，測得氣體中含等物質的量SO₂和SO₃，此時反應的化學方程式是_________________________________________________________。
②由MgO可制成“鎂－次氯酸鹽”燃料電池，其裝置示意圖如圖（a）所示，該電池反應的離子方程式為________________________________________。

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（3）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為CO₂（g）＋3H₂（g） CH₃OH（g）＋H₂O（g）　ΔH。
①該反應的平衡常數表達式為K＝________。
②取五份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質的量之比均為1∶3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ（CH₃OH）與反應溫度T的關系曲線如圖（b）所示，則上述CO₂轉化為甲醇反應的ΔH________（填“＞”“＜”或“＝”）0。
③在兩種不同條件下發生反應，測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如圖（c）所示，曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ________K_Ⅱ（填“＞”“＜”或“＝”）。

Answer 1

（1）①3　2　8　H₂SO₄　3　2　2　8
②＋8H₂SO₄=3CO₂↑＋2K₂SO₄＋2Cr₂（SO₄）₃＋8H₂O
（2）①2MgSO₄＋CO2MgO＋SO₂＋CO₂＋SO₃
②Mg＋ClO^－＋H₂O=Cl^－＋Mg（OH）₂
（3）①　②＜　③＞

（1）①反應中C→CO₂，化合價升高4，K₂Cr₂O₇→Cr₂（SO₄）₃，化合價降低6，根據得失電子守恒、質量守恒定律即可配平反應的化學方程式。
②得失電子的最小公倍數為12，用單線橋或雙線橋表示均可，單線橋表示如下：
＋8H₂SO₄=3CO₂↑＋2K₂SO₄＋2Cr₂（SO₄）₃＋8H₂O。
（2）①CO作還原劑，反應中CO→CO₂，化合價升高2，MgSO₄→SO₂，化合價降低2，據此即可配平化學方程式。
②從圖（a）可知，放電時Mg→Mg（OH）₂，化合價升高2；ClO^－＋H₂O→Cl^－＋OH^－，化合價降低2，由此可配平反應的化學方程式。
（3）①平衡常數為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值。
②從圖（b）的最高點（平衡點）之后看，隨著反應的進行，升高溫度，平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，ΔH＜0。
③從圖（c）看，反應Ⅰ中生成甲醇的物質的量大于反應Ⅱ中生成甲醇的物質的量，說明Ⅰ條件下有利于平衡正向移動，平衡常數大。